氧传感器的介绍

图1-84 带加热器的氧化锆式氧传感器 1-氧化锆 2-加热器（陶瓷表面）
图1-85b所示为反馈控制系统工作原理，空燃比大时， 排气中氧浓度增高，氧传感器把这种状态转变为电信 号输入ECU。然后，ECU控制增加燃油喷射量。同样， 空燃比小于理论空燃比时，排气中氧浓度降低，氧传 感器把这种浓度状态输入ECU然后ECU控制减少喷油量， 使之恢复原来状态。就是这样，反馈控制系统通过反 复地进行这种动作，使空燃比接近理论值水平。
图1-82 氧化锆式氧传感器的结构 a）结构图 b）局部放大图 1-防护置 2-氧化锆体 3-壳体 4-输出接头 5-外套 6-导线 7-电动势 8-大气一侧的白金电 极 9-固态电解质（氧化锆元素）10-排气一侧的白金电极 11-涂层（陶瓷）12-排气 13大气
氧传感器的工作原理
图1-83a所示氧化锆式氧传感器的作用原理，氧化锆在高温下具有这样一种特 性，即当内外侧的氧浓度差较大时，就会产生电动势，这种传感器的工作和干电
发动机废气中的氧含量直接反映发动机空燃比，因此 检测发动机废气中的氧含量是控制混合气空燃比的有 效手段。废气中的氧气超过一定限度说明混合气偏稀， 而废气中完全没有氧气侧说明混合气偏浓，偏浓混合 气将会造成排气污染。
氧传感器的作用是指示发动 机中混合气的燃烧是否完全， 测定废气中的氧含量，然后 将检测的结果及时反馈给发 动机的控制系统，以便使发 动机控制系统不论发动机机 械状态如何，都能有效地对 燃料系统进行调控，把混合 气的空燃比控制在理论空燃 比附近很窄的范围内，使装 有三元催化转换器的发动机 达到最佳的排气净化效果。 氧传感器装在排气歧管或前 排气管内，如图1-81所示。
二氧化锆氧传感器
图1-82所示为氧化锆氧传感器的结构， 该传感器由可产生电动势的多孔二氧化 锆陶瓷管、具有导线作用的套管以及为 防止氧化锆管破损的防护罩与导入排气 的通气窗等构成。在试管状氧化锆元素 的内外两侧，设置了白金电极，为了保 护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内 侧输入氧浓度高的大气，外侧输入氧浓 度低的汽车排出气体。
图1-85a所示为氧化锆式氧传感器的空燃比反馈控制系统实例，在该系统 中，为对排气中的CO、HC、NOx三种成分同时获得高净化率，而采用了 三元催化剂。为使三元催化剂发挥最佳效果，必须在各种工况下，总是 使空燃比控制在理论值水平附近。因此，使用氧化锆式氧传感器来检测 排气中的氧浓度，通过发动机电控单元的反馈控制，即可实现控制空燃 比的反馈控制。
气侧，其氧浓度比较小，使之几乎不产生电动势。
对于稀薄混合气燃烧生成的排气，由于存在高浓度的O2与低浓度的CO， 即使CO与O2完全反应，也会有剩余的O2存在，故氧浓度比低，几乎不 产生电压。
此外，在接近理论空燃比的排气中，存在着低浓度的CO与O2，在铂表面 O2从与CO完全反应状态（CO过剩，O2为零），急剧向氧过剩状态（CO 为零，O2过剩）变化，氧浓度比也急剧变化，从而使电动势急剧变化， 图1-83b、c所示为氧化锆式氧传感器的输出特性。但上述特性只在温度 比较高的条件下才能充分体现出来，在低温时，这种特性会发生很大变 化，这时为了能够得到稳定的输出，应把氧传感器安装在不使温度降低 的位置，如可把图1-84所示的陶瓷加热器置于氧化锆元素的内侧，使氧 化锆氧传感器保持较高温度，这种方法已经实用化了。
池的原理相似，氧传感器的二氧化锆起到类似电触液的作用。 在高温时，二氧化锆能导电，如果此时两个极板接触的气体的含氧量不同，极 板之间就会产生一个微量电压。这是因为氧离子带两个自由电子，即有负电荷， 而二氧化锆吸收氧离子，结果负电荷积聚在靠铂极一侧的二氧化锆表面。氧传感 器利用这一性质，在氧化锆管内侧导入大气（氧浓度高），外侧接触氧浓度低的 排气。因此，随着排气中的氧浓度变化，其内外侧浓度比也在变化，在氧不足的 过浓混合气侧，其氧浓度比较大，使之产生电动势。同时，在氧过剩的稀薄混合
图1-81 氧传感器的安装位置 1-排气歧管 2-氧传感器
现在已经实用化了的氧传感器，有氧化锆（ZrO2）氧传感器和二氧化钛（TiO2）氧传 感器两种。氧化锆氧传感器，是利用氧化锆高温时其内外两侧氧浓度差，使其产生电动势 的特性来测量废气中氧的浓度。二氧化钛氧传感器是利用二氧化钛周围氧气分压的不同而 进行氧化或还原反应，从而使电阻发生变化的原理来测量废气中氧的浓度。根据氧传感器 是否需要加热，可将氧传感器分为加热式和不加热式，二氧化钛氧传感器为加热式，氧化 锆氧传感器有加热型的也有不加热型的。加热式氧传感器上一般有3根引线（三线式）， 其中一根为信号线，另外两根为加热线；而不加热式氧传感器为单线式，即只有一根信号 线。
图1-86所示为氧传感器与ECU的连接电路。排气氧浓 度与大气氧浓度的差值可产生电动势，把该电动势在 输入回路的比较器中与基准电压对比，以0.45V以上为 1（浓信号），以0.45 V以下为0（稀薄信号）输入ECU。
图1-85 氧化锆式氧传感器的 空燃比反馈控制系统框图
a）系统框图 b）工作原理图
1-吸入空气量信号 2-冷却水 温度信号 3-空气流量计或负 压传感器 4-转速传感器 5发动机 6-三元催化剂 7-氧 传感器 8-喷油器 9-燃油喷 射量信号 10-ECU 11-转速 信号 12-喷油时间补充回路 13-决定基本喷射时间电路
Baidu Nhomakorabea 图1-86 氧传感器与 ECU的连接电路
1-氧传感器 2-基准 电压 3-比较器 4-电
氧传感器的介绍
氧传感器——概述 二氧化锆氧传感器 二氧化钛（TiO2）式氧传感器 稀薄混合比传感器 氧传感器的安装 氧传感器的检修
氧传感器——概述
1973年开始制定了汽车排放法规，到了1978年排放法 规更为严格。为了与新的排放法规相适应，在汽车上 采用了三元催化剂排气净化装置。为充分发挥三元催 化剂的净化特性，需要把空燃比控制在理论空燃比 （λ=1）附近的狭窄范围内，如图1-80所示。